自然通风对体育馆运动环境的影响分析

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  [摘要]体育馆运动空间环境的生态化研究是一项重要而迫切的任务。本文探讨了体育馆室内运动环境的问题。提出自然通风是改善体育馆室内热环境和空气环境的有效方法,同时分析了自然通风的主要形成机理及应用设计方法。
  [关键词]体育馆;运动环境;自然通风
  
  1 引言
  
  体育运动空间环境经历了从自然环境到建筑环境的转变,体育建筑包括体育馆和室外体育场,无论是体育馆还是体育场,其中运动空间环境都受到一定程度的建筑形式的影响。
  体育馆的体育运动环境是建筑围护结构围合而成的室内空间环境,需要长时期满足人类健康地从事体育运动、体育竞赛及其它社会和经济活动的需要,并且最大限度促进运动员身体机能和体育竞技水平的发挥。它一方面容易进行人工控制,另一方面也容易出现环境质量问题。现有的室内体育运动空间环境,由于受到历史条件的限制等原因,在设计、建造以及使用过程中缺乏科学的指导,普遍而言,物理环境质量较差,极易对使用者的身体健康、竞技运动水平带来明显的不利影响。
  室内运动空间的生态环境指标众多,归纳起来主要包括:热环境指标、空气环境指标、声环境及光环境指标。本文将主要针对热环境指标和空气环境指标,分析在体育馆的高大建筑空间中,自然通风对环境的作用及主要控制设计方法。
  
  2 体育馆运动空间的热环境指标
  
  热环境指标是影响人体对环境的感受的最主要的环境因子之一。热感觉的环境影响参数主要包括:空气的温度、空气相对湿度、平均辐射温度和气流速度。
  在体育馆中,观众和运动员的活动量差别较大,一般情况观众都为静坐情况,而运动员的活动量则因不同的体育项目而不同,大多数情况下,都具有较大的活动量,新陈代谢率较高,静坐和体操训练的成年男子的人体新陈代谢率分别为58w/m2和175~235w/m2,因此运动员和观众相比,人体产热量较大,对热环境的参数要求也相差很大。
  对处于相对静止的观众来说,中和的温度、湿度和气流速度是适宜的。而对处于大运动量的运动员,当其运动时,其自身的情绪和运动量均会导致其产热量的增加。肌体的主要散热器管是皮肤,它通过蒸发、对流、传导和辐射等方式散热,所以运动员会期望相对低的温度和湿度以及较大的气流速度,以此来改善自身的散热效果。
  由于体育馆在比赛时聚集了大量的人员,人员密度高,使体育馆成为具有强发热强度的高大建筑空间。高大空间建筑因其空间尺度大,受内外扰动的影响大,而热环境的控制问题较一般建筑复杂得多,建筑能耗量也非常大。由于体育馆内的高发热影响,在夏季体育馆内的降温问题成为热环境控制的主要问题,并且在过渡季也会产生排出余热的问题。
  当室外温度低于室内温度的情况,可以通过引入室外空气对室内进行降温,即通过通风换气排出室内余热,达到降温的目的。有效地组织自然通风,往往可以获得较大的通风换气量,在解决体育馆在高发热强度下,夏季排出余热降温问题时,有效利用自然通风是相当有效的方法。
  
  3 空气环境指标
  
  主要通过呼吸系统影响人的生理健康,包括氧气含量、有害气体(CH4、SO2、CO2、NOx等)、病毒、粉尘等。
  在体育馆等室内运动空间空气品质往往影响运动员体能的发挥,特别是在有大量观众聚集的情况下,空气中含氧量会发生变化,而氧与机能的能量代谢密切相关。氧的降低会导致运动员代谢过程中乳酸的堆积,而这种堆积又会使运动员产生疲劳,继而最终影响运动员的运动成绩。从现有的经验来看运动员在室内空间完成的运动项目成绩往往不如在室外空间的运动成绩,说明现有室内运动空间有待进一步改进,使室内运动空间环境更加生态化。改善体育馆室内空气中含氧量的最直接有效的方法就是增加通风换气量,利用自然通风就能有效改善空气含氧量,室外新风量的供给可按8m3/人h计算。
  众所周知许多呼吸系统传染性疾病能够通过吸入空气中含病毒颗粒从一个病人传播到另一个人,例如流感、SARS病毒。喷嚏和咳嗽能产生大约一百万液滴,其中有几千个100直径的大微粒,液滴产生后开始蒸发,质量和尺寸开始变小。尺寸会变得足够小(0.5~12),以致可以通过空气传播。大的微粒虽然由于重力作用沉降下来,蒸发变小后仍然可以重新悬浮起来。这些小微粒(0.5~12)的沉降速度非常小,从0.05到0.3mm/s。蒸发速率依赖于环境湿度,由于室内相对湿度通常控制在50~60%之间,液滴一旦释放到空气中尺寸便会快速减小。
  
  4 自然通风的机理
  
  自然通风是指利用自然作用压差而驱动建筑物室内与室外通过相应通道、开口进行空气交换。自然通风的动力包括热压与风压。
  在具有强热源的高大空间的通风方式中,利用热压作用的自然通风具有重要的意义。相对于机械式通风,自然通风具有明显的优点,其热源本身就是产生空气流动的动力,并且由于空间高度和体积因素,自然通风容易获得较大的通风量,可在不消耗能源的前提下通风降温,同时创造一个比较满意的室内空气环境。它属于环保性的通风方式,更具有节约能源的重大意义。
  我国现行的设计规范中,自然通风的设计方法是前苏联在实验基础上建立的。其方法对难以解决的问题作了简化。从体育馆大空间自身特点出发,充分利用自然通风十分重要,但如何合理、有效地利用自然通风却是一个极其复杂的问题。从理论上完整地探讨自然通风的内部流动机理并建立初步的数学物理模型开始于1990年英国剑桥大学的P.F.Linden教授发表的研究论文,成为单空间自然通风研究的基本框架和“原始模型”。
  
  5 结束语
  
  在体育馆利用自然通风可以有效排出室内余热,同时排出室内产生的污染物,使体育馆内的热环境和空气环境满足运动员和观众的要求。特别是在体育馆具有较强热源的高大空间中,热压作用的自然通风具有重要的意义。自然通风除热压作用外,还受到风压的作用,综合作用下自然通风对室内环境的影响可采用计算机模拟技术进行分析。
  在节约能耗和提高室内环境质量的目标影响下,自然通风的优越性越来越受到高度的重视。普遍认为自然通风可以有效改善夏季室内热舒适性,容易保证充足的新鲜空气和良好的室内空气品质,满足人们对亲近自然的心理要求,符合健康、舒适、生态的人居环境的发展方向。
  
  参考文献
  [1]金招芬等编著,建筑环境学[M],中国建筑工业出版社,2001
  [2]熊茂湘编,体育环境导论[J],北京体育大学出版社,2003,
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